CN202101836U - 一种基于成像球的光强、视角和散射分布函数测量系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种基于成像球的光强、视角和散射分布函数测量系统，其结构包括半积分球、CCD相机、外部入射光源、陷光器和PC数据处理端，其特征在于：半积分球内底平面放置专门设计的凸反射镜，凸反射镜能够反射整个半积分球的内表面图像到CCD相机，其功能类似于鱼眼镜头的效果，利用光谱响应范围覆盖350～1100nm、分辨率为512×512或者1024×1024的CCD相机进行测量，能够同时测量发光体或者材料的光强、视角和散射分布函数。此结构具有测量时间短、角度分辨率高、系统结构简单、成本低等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉光学测试领域，尤其与一种成像球测量系统的结构有关。
背景技术
测量光沿不同视角的强度或者色度分布特性，在光源特性分析以及材料表面性能分析等应用领域具有重要的意义。比如，测量光源在特定空间角度上的发射光强，可用于改进LED的二次光学设计；视角和散射分布函数把发光体的显示特性(包括亮度、色度、对比度等)或者材料的散射特性描述为空间角度的函数，用于LCD、汽车外表面、电影胶片等各种产品的光学性能检验；进一步的散射分析，包括BRDF(双向反射分布函数)和BTDF(双向透射分布函数)等的测量结果，能够全面评估材料在各种光照条件下的表面特性。
对于发光体或者材料的光强、视角和散射分布函数测量，传统的方法通过采用各种专门设计的测量仪器和系统来实现的。角度光度计(Goniophotometer)或者角度分光辐射度计(Gonio-spectroradiometer)通过双轴角度计来旋转光源(LED、灯具等)，并在远场条件下测量特定角度下的光度或者色度参数。通过遍历各种空间角度，该方法也能够用来测量发光体的视角分布函数。对于材料表面的视角分布函数，通常采用锥光偏振仪(Conoscope)或者成像角度光度计(Imaging Goniophotometer)等方法来测量。对于各种材料(油漆、塑料、金属、皮肤等)表面的散射分析，则需要更专门的仪器，比如光泽度仪(Gloss Meter)、多角度色度计(Multi-Angle Colormeter)、角度反射计(Gonioreflectometer)等获取BRDF/BTDF。这些方法各有优缺点，但由于空间角度分布函数的测量普遍采用了旋转双轴设计，因此导致测量时间长、角度分辨率低、系统结构复杂、测量成本高等缺点。
因此，需要一种结构简单、测量时间短、角度分辨率高、低成本的光强、视角和散射分布函数测量系统。
实用新型内容
本实用新型的目的是：提供一种基于成像球的光强、视角和散射分布函数测量系统，以弥补上述现有技术的不足。
为了实现本实用新型的目的，拟采用以下技术：
一种基于成像球的光强、视角和散射分布函数测量系统，结构包括半积分球、CCD相机、外部入射光源、陷光器和PC数据处理端，其特征在于：半积分球内放置专门设计的凸反射镜，用于反射半积分球的内表面到CCD相机，利用高分辨率的CCD相机进行测量，从而达到测量时间短、角度分辨率高的效果。
进一步，所述半积分球，其直径为500mm，内表面有漫反射系数为20％的涂层。
进一步，所述半积分球，其圆顶面与凸反射镜对应位置设置圆孔，圆孔可通过盖子 打开或者关闭，用于放置CCD相机。
进一步，所述半积分球，其内底平面放置专门设计的凸反射镜，凸反射镜能够反射整个半积分球的内表面图像到CCD相机。
进一步，所述半积分球，其圆顶面偏离圆顶中心30°～60°位置设置圆孔，圆孔可通过盖子打开或者关闭，用于放置外部入射光源；与其对称的另一侧设置圆孔，圆孔可通过盖子打开或者关闭，用于放置陷光器。
进一步，所述半积分球，其内底平面中心设置圆孔，圆孔可通过盖子打开或者关闭，用于放置待测光源或者待测材料。
进一步，所述半积分球，其内底平面凸反射镜与光源之间放置一块小的遮挡片。
进一步，所述CCD相机，为512×512或者1024×1024的高分辨率CCD相机，光谱响应范围覆盖350～1100nm，与PC数据处理端通过有线或者无线传输相联机。
采用上述技术方案，其特点在于：
一种基于成像球的光强、视角和散射分布函数测量系统，能够同时测量发光体或者材料的光强、视角和散射分布函数。该系统采用高分辨率CCD相机进行成像测量，没有旋转双轴部件，具有测量时间短、角度分辨率高、系统结构简单、成本低等优点。
附图说明
图1示出了本实用新型结构示意图。
图2示出了本实用新型测量模式一的结构示意图。
图3示出了本实用新型测量模式二的结构示意图。
图4示出了本实用新型测量模式三的结构示意图。
具体实施方式
如图1～图4所示，一种基于成像球的光强、视角和散射分布函数测量系统，结构包括半积分球(1)、CCD相机(2)、外部入射光源(3)、陷光器(4)和PC数据处理端(5)，其特征在于：半积分球(1)内放置专门设计的凸反射镜(6)，用于反射半积分球(1)的内表面到CCD相机(2)，利用高分辨率的CCD相机(2)进行测量，此结构不含旋转双轴部件，从而达到测量时间短、角度分辨率高的效果。
所述半积分球(1)，其直径为500mm，内表面有漫反射系数为20％的涂层。
所述半积分球(1)，其圆顶面与凸反射镜(6)对应位置设置圆孔，圆孔可通过盖子打开或者关闭，用于放置CCD相机(2)。
所述半积分球(1)，其内底平面放置专门设计的凸反射镜(6)，凸反射镜(6)能够反射整个半积分球(1)的内表面图像到CCD相机(2)，其功能类似于鱼眼镜头的效果。
所述半积分球(1)，其圆顶面偏离圆顶中心30°～60°位置设置圆孔，圆孔可通过盖子打开或者关闭，用于放置外部入射光源(3)，在测量材料表面特性时提供入射光源；与其对称的另一侧设置圆孔，圆孔可通过盖子打开或者关闭，用于放置陷光器(4)，在测 量材料表面特性时吸收掉材料表面镜面反射的光束。
所述半积分球(1)，其内底平面中心设置圆孔，圆孔可通过盖子打开或者关闭，用于放置待测光源(7)或者待测材料(8)。
所述半积分球(1)，其内底平面凸反射镜(6)与待测光源(7)之间放置一块小的遮挡片(9)，减小待测光源(7)的直接光线对凸反射镜(6)的影响。
所述CCD相机(2)，为512×512或者1024×1024的高分辨率CCD相机，光谱响应范围覆盖350～1100nm，与PC数据处理端(5)通过有线或者无线传输相联机。
所述外部入射光源(3)和陷光器(4)，在测量材料表面特性时使用。
本实用新型制备的一种基于成像球的光强、视角和散射分布函数测量系统，能够同时测量发光体或者材料的光强、视角和散射分布函数，包括三种配置测量模式：
1、远场条件下的光源LED测量，如图2所示；
2、近场条件下的光源LCD测量，如图3所示；
3、远场条件下的材料表面特性测量，使用外部入射光源和陷光器，如图4所示。
所有三种配置模式都能够测量光度学、测度学和辐射度学参数。在采用512×512分辨率的CCD相机时，系统能够达到0.35度的空间角度分辨率。对于远场条件下的材料表面特性测量，采用4mm孔径入射光束时，则表面特性分析的角度不确定度大约为±0.45度。
本实用新型制备的一种基于成像球的光强、视角和散射分布函数测量系统采用高分辨率CCD相机进行成像测量，没有旋转双轴部件，具有测量时间短(通常只需要几秒～几十秒)、角度分辨率高、系统结构简单、成本低等优点。
Claims (7)
1.一种基于成像球的光强、视角和散射分布函数测量系统，结构包括半积分球、CCD相机、外部入射光源、陷光器和PC数据处理端，其特征在于：半积分球内放置凸反射镜，用于反射半积分球的内表面到CCD相机，利用高分辨率的CCD相机进行测量。
2.根据权利要求1所述的基于成像球的光强、视角和散射分布函数测量系统，其特征在于：所述半积分球直径为500mm，内表面有漫反射系数为20％的涂层。
3.根据权利要求1所述的基于成像球的光强、视角和散射分布函数测量系统，其特征在于：所述半积分球，其内底平面放置凸反射镜，其圆顶面与凸反射镜对应位置设置圆孔，圆孔可通过盖子打开或者关闭，用于放置CCD相机，凸反射镜能够反射整个半积分球的内表面图像到CCD相机。
4.根据权利要求1所述的基于成像球的光强、视角和散射分布函数测量系统，其特征在于：所述半积分球，其圆顶面偏离圆顶中心30°～60°位置设置圆孔，圆孔可通过盖子打开或者关闭，用于放置外部入射光源，在测量材料表面特性时提供入射光源；与其对称的另一侧设置圆孔，圆孔可通过盖子打开或者关闭，用于放置陷光器，在测量材料表面特性时吸收掉材料表面镜面反射的光束。
5.根据权利要求1所述的基于成像球的光强、视角和散射分布函数测量系统，其特征在于：所述的CCD相机，为512×512或者1024×1024的高分辨率CCD相机，光谱响应范围覆盖350～1100nm。
6.根据权利要求1所述的基于成像球的光强、视角和散射分布函数测量系统，其特征在于：所述半积分球，其内底平面中心设置圆孔，圆孔可通过盖子打开或者关闭，用于放置待测光源或者待测材料。
7.根据权利要求1所述的基于成像球的光强、视角和散射分布函数测量系统，其特征在于：所述半积分球，其内底平面凸反射镜与光源之间放置一块小的遮挡片，以减小待测光源的直接光线对凸反射镜的影响。
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